工程设计结构振动控制的概念及分类.docx

耗能方案J能来抵御地震作用的，即由结构本身储存和耗费地震能量，以满足结构抗震设防标准，小震不坏, ,能无法满足安全性的要求；另一方面，在满足设计要求的状况下，结构构件的尺寸可能需做得很二 :工程范畴新兴一种新型的抗震方式一一结构振动控制，即对结构施加控制机构，由控制机构和结才带动控制和混合控制。:由控制安装随结构一同振动变形而被动产生的。被动控制可分为基础隔震技术、耗能减震技术和口 :由控制安装按某种控制规律，利用外加动力自动施加的。自动控制系统由传感器、运算器和施力彳 自动控制有自动拉索系统（ATS）、自动支撑系统（ABS）、自动可变刚度系统（AVSS）、自动版劭开始研讨自动控制。目前，自动控制在土木工程中的运用已达30多项，如日本的Takenaka实驳 制力虽也由控制安装本身的运动而被动的产生，但在控制过程中控制安装可以利用外加动力自动访 S半自动TMD、半自动力触动器、半自动变刚度安装和半自动变阻尼安装等。I动控制，或者是同时运用不止一种的被动控制安装，从而充分发挥每一种控制方式和每一种控制: 同时采用AMD和TMD的混合控制系统、自动控制和基础隔震相结合的混合控制系统以及自动控制） :的清水公司技术研讨所。但由于建筑结构体形巨大导致所需的外加动力较大，加之控制安装的控制的算法比较复杂，而且彳容易完成，目前发展最快，运用最广，尤其是其中的基础隔震技术已相当成熟，并得到了一定4 I动控制低廉，而且不需求较大的动力源，因此其具有广阔的运用和发展前景；混合控制综合了某,1耗能减震技术。:控制机构来隔离地震能量向上部结构传输，使结构振动减轻，防止地震毁坏。目前研讨开发的基彳 I混合隔震等。近年来，越来越多的国家开展了基础隔震技术的研讨，因此，隔震技术也得到了飞1 日本94栋，美国21栋，中国46栋，意大利19栋，新西兰16栋，已采用了基础隔震技术。最近;结构的振动能量分散，即结构的振动能量在原结构和子结构之间重新分配，从而达到减小主结构指 .器（TLD） ； （3）质量泵；（4）液压一质量控制系统（HMS） ； （5）空气阻尼器。其中，运用最: 个重300吨的TMD,质量块在9米长的钢板上滑动，它很好地减小了大楼的风振反应，防止了玻璃 nade桥的桥塔均安装了 TMD,其减震效果均令人非常称心。日本的Yokohama海岸塔是一个高101 : 斤表明，安装了 TLD后塔的阻尼比由0.6%添加到4. 5%,在强风作用下塔的加速度减小到原来的 TLD以控制其风振反应。:撑、剪力墙等）设计成耗能构件或在结构物的某些部位（节点或连接处）装设阻尼器。在风载和4 J运用要求，在激烈地震作用时，耗能构件或阻尼器率先进入非弹性形态，从而保护主体结构在强f :要有：（1）金属阻尼器；（2）摩擦阻尼器；（3）粘滞阻尼器；（4）粘弹性阻尼器；（5）复合型阻J彳回功能，因此被用来制造各种类型的耗能安装。常用的金属阻尼器有：软钢阻尼器、铅阻尼器和/ ：功能，进入塑性阶段后具有良好的滞回特性。1972年Kelly首先进行金属阻尼器的研讨和实验的 畛软钢阻尼器（TADAS）的减震特性。目前这两种阻尼器是国内外研讨较多的软钢阻尼器。由于软4 :点，因此惹起了国内外学者的广泛关注，并已在一些建筑物上开始运用。例如，在意大利Naples i钢筋混凝土结构上均安装了软钢阻尼器，其中美国和墨西哥的状况是为了对原有结构进行抗震加 +制造不合适，会惹起滞回环的畸变。塑性高、强度低、光滑才能强等特点，同时由于铅具有较高的延性和柔性，故在变形过程中可以口 和功能还可恢复至变形前的形态，因此铅阻尼用具有以下优点：（1）运用寿命不受限制；（2）提1 :差和铅对环境形成净化等缺陷。功能的新型材料，它与传统材料的区别是具有高阻尼和大变形超弹性特性，可以反复屈服而不产生 滑DFe基合金等。90年代初，一些学者对外形记忆合金阻尼结构的地震反应进行了研讨。AiikenW 实验研讨；美国国家地震工程研讨中心对装有铜锌铝记忆合金安装的5层钢结构模型进行了实验彳 沙卜形记忆合金阻尼器的桥梁的减震进行了系统的研讨。，寸开发的摩擦阻尼器次要有：Pall摩擦阻尼器、Sunitome摩擦阻尼器、摩擦剪切较阻尼器、滑移2 :大的附加阻尼。荷载大小和频率对其功能的影响不大，且构造简单，取材容易，造价低廉，因此7 ，接触，会产生冷粘结或冷凝结，所希冀的摩擦系数发生改变。在地震作用时，滑动面产生滑动而彳 邵且尼器及装有摩擦阻尼器的结构体系的实验研讨和分析较多，已建立了一套公用的设计方法并编专官共运用了 60个摩擦阻尼器；加拿大民航大楼共运用了 58个摩擦阻尼器；日本Omiya市31层的 1988年的Saguenay地震中受损，其抗侧才能和延性均不能满足规范要求，为此在支撑上安装了库活塞在缸筒内可作往复运动，活塞上有过量小孔，筒内盛满流体，当活塞与筒体产生绝对运动时, ；塞上孔的数量和筒内流体的体积，可根据阻尼器所需提供的阻尼值来确定，流体可为硅油或其它才 :力与结构的位移反应和柱中弯矩异相，因此该阻尼器在减小结构层间位移和剪力的同时不会在彳 尼器的加工制造较难，粘滞流体易发生渗漏。;舶、设备和管网的减震中，最近几年才运用于土木工程，目前已有一些工程运用实例。如美国洛I :意大利的一座长1000米，重25000吨的桥梁的每一个桥台下安装了粘滞硅胶阻尼器，阻尼重视2 美国新San Bermardino医疗中心也运用了粘滞阻尼器，共安装了 233个阻尼器。;组成。图1为常用的粘弹性阻尼器，它由两块T形约束钢板夹一块钢板所组成，钢板之间夹有粘弓 、桁架上弦杆上或毗邻建筑之间，当结构层间发生位移时，粘弹性阻尼器会产生剪切滞回变形，制；功能的次要要素是温度、频率和应变幅值。其影响规律为其耗能才能随着温度的添加而降低：J添加而添加，但在高频下，随着循环次数的添加，耗能才能逐渐退步至一均衡值；是次要的，但在大应变的激励下，随着循环次数的添加，耗能才能逐渐退步至一均衡值。:系，学者们提出了各式各样的计算模型，次要有：（1） Kelvin模型；（2） Maxwell模型；（3）标;结构。许多研讨者对粘弹性阻尼结构的动力特性和动力反应进行了研讨（见表1）,从这些实验不勺比例的模型框架恁架上模型框架甚架!框架昙足尺钢框架1阻尼添加，自振频率添加，周期减小。J分明的阻尼致使于结构表现为弹性，地震反应大大地减小，位移、加速度、层间位移和层间剪力彳 【结构损坏的结构滞回能仅占很小的一部分，因此在遭受异样的地震下粘弹性阻尼结构产生较少的* ，混凝土结构，安上粘弹性阻尼器后它们都表现出以上特性。、明添加，粘弹性阻尼器正是经过改变结构的动力特性以达到减震目的。粘弹性阻尼结构的动力特 模态应变能法；(2)增量刚度和增量阻尼法；(3)改进的模态应变能法。尼器的每圈耗能与系统最大应变能的比值确定出等效阻尼比，近似估计结构的阻尼效应。J附加刚度和结构阻尼比为：为第j振型下粘弹性阻尼器循环一圈所耗的能量；为第j振型下系统的应变能。在实践运用中：量刚度矩阵和增量阻尼矩阵1 一无量纲的支撑地位矩阵。I贡献为:为:(5)i于一个巨大的刚度添加，阻尼比总值为附加阻尼比和原阻尼比之和。1994年在模态应变能法的基础上提出，对于粘弹性剪切型建筑在第j振型下的阻尼比可由下式确负系数。对于粘弹性弯曲型建筑在第j振型下阻尼比(7)力、于设计应变时可很好地估计粘弹性阻尼结构的功能；增量刚度和增量阻尼法概念明晰，但计算彳J运用已有较长的历史，在土木工程中的运用早期次要用于结构的抗风减振工程中，近年来已开始彳1米，为一钢一混凝土建筑，立体呈三角形。为减小风振影响，在运动部位较大处和受力部位较大 -杆件内力，以此决定把粘弹性阻尼器安放在最有效的地位上，结果有1/6的斜撑设有粘弹性阻尼 :,每层约100个，共安装了约20000个阻尼器，每只重约13. 6千克。；践工程运用，目前北京50层首都规划大厦拟采用粘弹性阻尼器以减小结构的风振反应和地震反应, 概况架上弦杆E斜撑杆节点上主间人字型支撑上柱间斜撑上,实验及大量的结构分析表明，在结构中安装粘弹性阻尼器可减小风振反应和地震反应40%80%, 一 亳的范围内。西雅图哥伦比亚中心大厦后来是由于在风振的影响下，顶部几层有分明的不温馨感，: 【果，需求把现有的柱尺寸扩大一倍，粗算价值约800万美元，显然采用添加刚度的办法是难以接?I器减小建筑的风振或地震效应在经济上是相当可观的。:汛振及地震反应；立在经济上节约了一定的资金，降低了建筑造价；景象；萱价低廉；无可用于结构的抗风减振工程中又可用于结构的抗震减震工程中，既可用于建筑结构中又可用于塔;和社会意义，可避免地震和强风作用所形成的次生灾祸和经济损耗，确保人民生命财产安全。.阔的运用和发展前景。二组合而成的新型耗能减震安装。目前已研制开发的复合型阻尼器有：铅粘弹性阻尼器、铅橡胶阻无J深化，许多国家相继制定出台了相应的耗能减震结构设计、施工规范和规程。台了一系列试行条款，对金属耗能器、粘弹性阻尼器、粘滞阻尼器的设计方法作了规定，提出在设一 )93年，美国加州结构工程师协会(SEANOC)又颁布了有关耗能减震技术的暂行规定，其中明白指I 亢震安全委员会(BSSC)也制定了类似内容，对该项技术的推行创造了条件。俄罗斯也制定和颁布I构在地震荷载作用下的计算方法，如反应谱法、时程分析法等，另一方面也罗列了相关结构的设11已添加了隔震和耗能减震方面的相关内容，以加速和规范该项技术的实施。!供了一条簇新的途径，它克服了传统结构“硬碰硬”式的抗震设计方法，具有概念简单、减震机J 1运用已获得了很大进展，但仍处于研讨和试点阶段，在成为常规运用技术之前，尚须处理以下成? ,开裂等)，对已有耗能减震安装的可靠性、耐久性进行深化研讨；支装，为大范围推行该项技术奠定基础；用 给出具体的计算模型，尽快使其标准化、系列化，便于设计中推行运用；赛效果的定量分析；兄的研讨；点工程的建设，完善耗能减震体系的设计、施工方法与标准，编制相应的计算分析软件；攵已有建筑物改造的研讨和运用。!好，并具有安全适用、经济方便等优点，故必将成为一种簇新的结构体系。可以预言，耗能减震技:贡献。